MOS_FETの高電圧スイッチ動作におけるアンダーシュートについて

質問

日立のMOSFET 2SK3234を使って高電圧（300V)のスイッチを考えています。データシート
http://documentation.renesas.com/jpn/products/transistor/rjj03g1069_2sk3234ds.pdf
に載っているスイッチング時間測定回路を、配線ができるだけ短くなるように組んで、300Vの高速ONOFFスイッチを確かめました。ゲートへの入力パルスにはマイコンからの500us幅の5ＶTTLパルス(1Hz)を用いました。結果は、データシートのスペックにあるような高速なたち下がり・立ち上がり時間でドレインソース間電圧Vdsを300V->0V(500us)->300Vでスイッチングをすることができました。
ここから質問に関係することなのですが、Vdsが300Vから0Vに下がる際に、一旦0Vを通り越して-10Vぐらいまで下がり、時定数100usぐらいで徐々に0Ｖになるようなアンダーシュートが見られます。ゲート抵抗RGやロード抵抗RLをいろいろ変えてみたのですが、時定数はそれほど変わらず、アンダーシュートしてしまいます。このアンダーシュートをなくすにはどのようにしたらいいのでしょうか？いろいろ考えてみたのですがよくわかりません。経験のある方がいらっしゃいましたら、お教えください。よろしくお願いします。

回答No.3

walkingdic · ベストアンサー

基本的に、ＬＣＲの成分があるから、そのようにオーバーシュート、アンダーシュート、リンギングなどが発生します。
計測にも注意する必要があります。実回路ではおきていなくても計測器のプローブのＬＣＲ成分で観測してしまうこともありますので。

基本的にそのような状況が生じる理由は、回路の応答速度が速いからなので、それを遅くする工夫を入れれば解決します。
とはいえ、ＭＯＳ　ＦＥＴのスイッチ自体を遅くすると損失が増えますから、ほかの部分で対策することになります。

たとえばＦＥＴのソース－ＧＮＤ間に数Ωの抵抗を入れたり（ダンピング）、あるいはＦＥＴのソースとＧＮＤの間にＣＲを直列に入れて、緩和させるということも考えられます。（ＲははＦＥＴが許容できるピーク電流から求めて、緩和させた維持定数からＣを決定）

お礼

ありがとうございます。ご指摘の通り、プローブのLCRのせいでした。プローブのインピータンスをX１とX10にしただけでアンダーシュートの様子が変化してしまうのを確認しました。x1のプローブで40V->0V->40Vのスイッチングを観測しましたが、気になるほどのアンダーシュートは確認できません。一方、x10のプローブ40V->0V->40Vのスイッチングを観測したところ、気になるアンダーシュートが観測されてしまいます。ですので、300V->0V->300Vのスイッチング電圧をX10のプローブで観測していましたので、そのLCRのせいだと思います。x1のプローブでは耐圧の関係で300Vの実観測はできませんが、実回路ではアンダーシュートは起きていないと考えています。

回答No.2

edge_wind

>ゲートへの入力パルスにはマイコンからの500us幅の5ＶTTLパルス(1Hz)を用いました。

データシート見ましたが、駆動電圧が5Vでは正しくON・OFFできていないのではないですか？
ドレイン電流をどのくらい流しているのか分かりませんが、しっかりとFETを駆動するならば、
マイコンの信号で直接駆動するのではなく、絶縁されたドライブ回路を作成した方が良いと思います。

お礼

ありがとうございます。
10Vぐらいのドライブ回路を使って試してみることも
考えてみます。

回答No.1

miran_2006

質問者さんは、ＦＥＴ自体の性能がデータシート通りなのか確認したいのか、あるいは別の装置として考えた場合に、、、って事なのでしょうか？
前者であれば、ＦＥＴの性能としてはデータシート通りの性能があると思います。そうならないのは実験のやり方に問題があるように思えます。
考えられる要因としては、抵抗が無誘導抵抗を使っていない。配線の浮遊インダクタンスが影響している。配線（特にソース側）が弱い。電源がしょぼい。等が考えられます。
後者の場合は、負荷とよく相談してスナバ等で対策してください。

お礼

ありがとうございます。
後者の場合です。負の方に-10Vも振れると仕様用途から考えて
まずいので、どうにかしようと考えています。

無誘導抵抗は入手できそうなので、試してみようと思います。
また、配線も、抵抗等をFETのピンに直接ハンダ付けする等、
工夫してみます。